原理試作における切削加工と3Dプリンターの活用

1.原理試作とは？

原理試作の目的

製品開発の初期段階では、アイデアを具現化し、基本的な動作原理を検証することが不可欠です。この段階で行われる「原理試作」とは、設計した機構や動作が正しく機能するかを確認するための試作です。
原理試作にはさまざまな製造方法がありますが、特に切削加工と3Dプリンターは、多くの開発現場で活用されている代表的な手法です。

原理試作の特徴

• 実験的な試作であり、最終製品とは異なる簡易的な形状で製作される
• コストを抑えるため、低コストかつ迅速な製作方法が選ばれる
• 樹脂・金属・ゴムなど、幅広い材料が使用可能
• 動作確認が主目的であり、外観や最終的な強度は重視されないことが多い

この段階で基本原理の適用が確認できれば、次の機能試作へ進みます。

2.切削加工による原理試作

切削加工の概要

切削加工は、CNCマシニングセンター、フライス盤、旋盤などを用い、素材を削り出して試作品を製作する方法です。金属や樹脂を精密に加工できるため、原理試作で広く活用されています。

切削加工のメリット

• 高精度な試作が可能
  CNC加工機により±0.01mmレベルの精度で製作可能。
• 多様な材料に対応
  金属（アルミ、ステンレス）、樹脂（POM、ABS）など幅広い選択肢。
• 機械的強度を確保しやすい
  実際の使用環境を想定した強度試験・耐久試験が可能。
• 滑らかな表面仕上げ
  追加の仕上げ作業を最小限に抑えられる。

切削加工のデメリット

• 複雑な形状の試作には向かない
  内部構造が複雑な形状や一体成形のデザインには不向き。
• 材料コストが高い
  削り出し加工のため、材料の無駄が出やすい。
• 加工時間がかかる
  高精度な加工には時間がかかるため、短納期対応が難しいこともある。

3.3Dプリンターによる原理試作

3Dプリンターの概要

3Dプリンターは、3Dデータをもとに樹脂や金属を積層して試作品を作る技術です。材料を削る切削加工とは異なり、自由度の高い設計が可能です。

3Dプリンターのメリット

• 複雑な形状の試作が可能
  内部構造や一体成形のデザインも容易。

• 短時間で試作が可能
  データ準備後、数時間～1日で製作可能。
• 材料の無駄が少ない
  必要な部分だけを積層するため、材料ロスが少ない。
• コストを抑えやすい
  金型や専用治具が不要なため、少量生産に適している。

3Dプリンターのデメリット

• 精度が切削加工に劣る
  積層造形のため表面が粗く、後処理が必要。

• 強度が低いことがある
  積層方向により強度の弱点が生じる。
• 材料の制約がある
  FDM方式では使用可能な樹脂が限られる。

4.切削加工と3Dプリンターの使い分け

選択基準：

• 精度・強度が重要な場合 → 切削加工
• 短納期・複雑形状が必要な場合 → 3Dプリンター

5.仕上げが必要な場合

３Dプリンターのデメリットでもお伝えしたように、積層造形タイプの3Dプリンターは表面が粗く、美観を求める場合には後処理が欠かせません。
短時間・低コストで済むと思っていたのに、仕上げ作業によっては切削よりコストがかかることも珍しくないのです。
では、FDM方式の3Dプリンターで作った製品は、仕上げによってどのように変化するのでしょうか？
また、それぞれの工程には、切削加工と比べてどの程度の工数がかかるのでしょうか？

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この資料では、磨きや塗装の有無によって変化する4つのパターンの仕上がりを比較し、積層痕やシームの違いがわかるよう、さまざまな角度からの写真でご紹介しています。
試作時の工法選びに迷った際の参考にしていただければ幸いです。

6.まとめ

原理試作は製品開発の重要なステップであり、適切な製造方法を選択することで、開発のスピードと品質を両立できます。

• 切削加工 → 高精度・高強度が求められる試作向き
• 3Dプリンター → 短期間での試作や複雑形状に適している

試作の目的や製品の特性に応じて、最適な手法を選び、効率的な開発を進めましょう。

株式会社エムトピアでは、豊富な実績と加工技術で、高品質な試作品の製作をサポートしています。原理試作に関するご相談やご依頼は、下記無料相談から、ぜひ当社までお気軽にお問い合わせください。

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